Nutzung elektromagnetischer Volumenkräfte beim Laserstrahlschweißen

Laser in der Materialbearbeitung, Band 57

Autor	Günter Ambrosy
Verlag	Herbert Utz Verlag
Erscheinungsjahr	2009
Seitenanzahl	169 Seiten
ISBN	9783831609253
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	28,99 EUR

Der Lasertiefschweißprozess ist bereits weit entwickelt. Dennoch muss prozess- und materialabhängig mit Qualitätsminderungen durch Defekte gerechnet werden. Vor allem bei Aluminiumlegierungen stellen Poren und Fehlstellen nach wie vor ein erhebliches Problem dar, das zumeist prozessbedingt mit der Schmelze und ihren Strömungsverhältnissen in direktem Zusammenhang steht. Neben modifizierter Energieeinbringung und geeigneter Zufuhr von Zusatzwerkstoff, kann vor allem durch elektromagnetische Volumenkräfte direkt auf das Strömungsfeld eingewirkt werden.
Die Nutzung dieser elektromagnetischen Kräfte ist hierbei ein vielversprechender Weg, um verfahrens- und qualitätsbedingten Prozessgrenzen beim Laserstrahlschweißen entgegen zu treten.
In der vorliegenden Arbeit wird diesem neuen Ansatz zur direkten Schmelzbadbeeinflussung durch elektromagnetische Volumenkräfte systematisch Folge geleistet. Basierend auf vier klassifizierten EM-Konzepten – gemäß der grundsätzlichen Generierungsmöglichkeiten von Lorentzkräften –, erfolgt eine grundlegende Charakterisierung und Abschätzung der Schmelzbadbeeinflussung bei technisch realisierbar Strom- und magnetischer Flussdichte, anhand von aussagefähigen Kennzahlen und entsprechenden experimentellen Untersuchungen.

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Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung	6
Inhaltsverzeichnis	8
Liste der verwendeten Symbole	12
Extended Abstract	18
1 Einführung	22
1.1 Motivation und Zielsetzung	24
1.2 Aufbau der Arbeit	25
2 Stand der Technik	26
2.1 Energieeinbringung im Schmelzbad	26
2.2 Energieumverteilung im Schmelzbad	30
2.3 Nutzung elektromagnetischer Kräfte	34
3 Elektromagnetische Kräfte im Schmelzbad	38
3.1 Erzeugung elektromagnetischer Kräfte	38
3.2 Elektromagnetische Systeme und Konzepte	39
4 Abschätzung der elektromagnetischen Schmelzbadbeeinflussung	44
4.1 Bewegungsgleichung	44
4.2 Kennzahlen	45
4.3 Abschätzung der Stromdichten im Schmelzbad	62
4.4 Abschätzung der Lorentzkräfte	64
4.5 Resümee der Abschätzungen	73
5 Versuchseinrichtung, geeignete Werkstoffe und Systemtechnik	74
5.1 Bearbeitungsstation und Strahlquellen	74
5.2 Werkstoffe	75
5.3 Systemtechnik	75
6 Nachweis elektromagnetischer Schmelzbadbeeinflussung	82
6.1 Intrinsisches Konzept	82
6.2 Konduktives Konzept	90
6.3 Induktives Konzept	100
7 Ausgewählte praxisrelevante Aspekte	106
7.1 Nutzung elektromagnetischer Kräfte zur Porenreduzierung	106
7.2 Nutzung elektromagnetischer Kräfte zur Vermeidung des Nahtdurchhangs	111
8 Die Herkunft des intrinsischen Stromes	124
8.1 Die Rolle des laserinduzierten Plasmas	125
8.2 Hypothese	125
8.3 Experimenteller Nachweis des intrinsischen Stromes	127
8.4 Charakteristika des laserinduzierten Plasmas	133
8.5 Treibende Kräfte	137
8.6 Resümee zum intrinsischen Strom	145
9 Zusammenfassung	146
Literaturverzeichnis	150
Anhang	158
Formeln zur Induktion und Skin-Effekt Theorie	158
Danksagung	161

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